电力电子技术 第5章 电力电子技术中的磁问题

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1、电力电子技术中的磁问题15.1电磁学基本知识25.2电力电子设备中磁元件的工作情况35.3高频变压器的分析与计算45.4高频滤波电感的分析与计算55.5整流变压器的参数计算65.6晶闸管变流设备中的电抗器参数计算第5章电力电子技术中的磁问题15.1电磁学基本知识电荷量为q，其运动速度为v，电荷受到的场作用力F。B的单位为特斯拉（T）在物理学和工程技术上，为了形象地说明问题，经常用一些虚拟的曲线——磁力线，磁力线的疏密表示磁场的强弱，在某一截面上，这些磁力线的数量叫做磁通φ其单位为韦伯（Wb）。如果所观察的截面中磁感应强度是均

2、匀的，即B为常数，则有磁感应强度B磁通φ5.1电磁学基本知识衡量电流在某点引起的磁场强度的物理量叫做磁场强度H。如果在磁场中沿一个闭合回路l积分，闭合回路中包裹的导线数为N，每根导线中的电流强度为I，根据麦克斯韦方程，它们的关系为，H的单位为A/m。最常见的研究对象是在一个截面处处均匀的磁路中绕有一定匝数的线圈，如右图，此时有磁场强度H5.1电磁学基本知识磁感应强度和磁场强度的比值为磁导率对于铁磁性材料，磁导率一般不是一个常数，随磁场强度的变化而变化，因此磁感应强度B也随磁场强度变化。磁导率μ不同的材料其磁导率是不一样的，通

3、常把真空中的磁导率叫做μ0，μ0=4π×10-7H/m。对于其它材料，μ=μ0μr，μr称为相对磁导率，视材料不同μr的差别很大。如果μr<1，称之为抗磁性材料，如铜、银、铅等；如果μr>1称之为顺磁性材料，如空气、铝等。有些材料的μr特别大，如铁、镍和一些合金等，其数值为数百、数千甚至更大，将这类材料称为铁磁性材料。5.1电磁学基本知识5.1电磁学基本知识在一块未被磁化的铁磁性材料上加以磁场，其磁化曲线首先从原点向a点移动，磁感应强度B随磁场强度H的增大而增大，但是由于导磁率的非线性特点，两者并不呈线性关系，随H的增大，曲

4、线的斜率越来越小，当到达a点，斜率很小，再增大H磁感应强度B变化不明显，称进入饱和状态。此点对应的磁感应强度为饱和磁感应强度BS；此点对应的磁场强度为饱和磁场强度HS。磁滞回线5.1电磁学基本知识居里温度TC磁性材料的导磁率与温度有关。在常温下，多数磁性材料的导磁率随温度变化不明显，但温度上升到一定程度，导磁率会迅速下降。这个温度称为该磁性材料的居里温度TC。出现这一现象的原因是当温度升高到一定程度时，铁磁性材料中的磁畴消失，铁磁性材料变成一般的顺磁性材料。如果磁性元件的温度达到了居里温度，其电感量会大大地下降，往往会使电流

5、过大而造成设备的损坏。不同材料的居里温度也是不同的，如铁氧体450℃；坡莫合金（IJ85）为400℃；冷轧硅钢为740℃.5.2电力电子设备中磁元件的工作情况在整流变压器、推挽式变换器和桥式变换器的输出变压器等元件中，初级（激磁）绕组中的电流中没有直流成分。电流从负的最大值上升到正的最大值，然后又从正的最大值减小到负的最大值。由于电流正负最大值相等，磁路中的磁场强度也做周期性变化：从-Hm逐渐增大到+Hm，又减小到-Hm。由于B与H的非线性关系，在H-B平面上，运动轨迹是一个闭合的回线。通过励磁绕组的电流是纯粹的交流电流15

6、.2电力电子设备中磁元件的工作情况这种情况多发生在单端变换器和晶闸管电路的触发脉冲变压器中。单向电力电子开关与变压器的初级绕组串联，电子开关接通时，绕组中的电流从0逐渐上升，达到最大值时开关关断，初级绕组中的电流随即消失，但磁场仍然存在，磁场强度H由其它绕组中的电流维持。然后H逐渐下降，最终到0。2激磁电流从0到最大值做单方向的周期变化5.2电力电子设备中磁元件的工作情况电感的电流中有一个较大的直流分量，在其上面叠加着一定周期性的波动成分。电流从最小值增大到最大值，又下降到最小值，完成一个工作周期。B-H的运动轨迹也是一个闭

7、合曲线。可以看出，闭合曲线与横轴和纵轴都不相交，处于第一象限的右上部。激磁电流中包含着较大的直流成分3为了防止磁饱和，经常在磁芯的磁路中加入气隙。由于空气或气隙中的其他材料的导磁率要比铁芯材料小得多，所以整个磁路的等效（平均）导磁率比未加气隙时小。反映在B-H平面上，磁滞回线的斜率变得比原来小了。5.2电力电子设备中磁元件的工作情况加入气隙前后材料的饱和磁感应强度BS是不变的，由于有气隙的磁路磁滞回线的斜率变小，对应BS的饱和磁场强度HS变大了。5.3高频变压器的分析与计算高频变压器的分析与计算5.3.1单端正激输出变压器的

8、分析计算5.3.2单端反激输出变压器的分析计算5.3.3纯交流变压器的分析计算125.3.1单端正激输出变压器的分析计算电力电子开关S是单向的，与初级绕组Np串联；次级绕组Ns与整流二极管VD1相串联，将变换后的电能整流后输出给负载；Ni是消磁绕组，将S关断后磁路中储存的剩余电能回馈给电源